化工基礎(chǔ)考試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某流體在圓管中流動(dòng)，測(cè)得管中心流速為2m/s，若流動(dòng)形態(tài)為層流，則管內(nèi)平均流速為（）。A.0.5m/sB.1.0m/sC.1.5m/sD.2.0m/s2.離心泵銘牌上標(biāo)注的揚(yáng)程是指（）。A.泵對(duì)單位重量流體提供的能量B.泵對(duì)單位質(zhì)量流體提供的能量C.泵在最大流量下的揚(yáng)程D.泵在效率最高時(shí)的揚(yáng)程3.以下關(guān)于對(duì)流傳熱系數(shù)的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.湍流流動(dòng)的對(duì)流傳熱系數(shù)大于層流B.流體的導(dǎo)熱系數(shù)越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大C.流體的黏度越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大D.流體的流速越大，對(duì)流傳熱系數(shù)越大4.在雙組分連續(xù)精餾塔中，若進(jìn)料為飽和液體（q=1），則進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q線的斜率為（）。A.0B.1C.無窮大D.-15.某反應(yīng)A→B為一級(jí)不可逆反應(yīng)，在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為t時(shí)，轉(zhuǎn)化率為x?；若將反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至2t，轉(zhuǎn)化率將（）。A.大于2x?B.等于2x?C.小于2x?D.無法確定6.以下關(guān)于吸收操作的描述，正確的是（）。A.增加吸收劑用量，吸收推動(dòng)力減小B.氣體流速越大，吸收效率越高C.溫度升高，氣體在液體中的溶解度增大D.相平衡常數(shù)m越小，越有利于吸收7.對(duì)于間壁式換熱器，當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度固定時(shí)，以下哪種流動(dòng)方式的平均溫差最大？（）A.并流B.逆流C.錯(cuò)流D.折流8.某顆粒在靜止流體中沉降，當(dāng)顆粒雷諾數(shù)Re_p=150時(shí)，其沉降阻力主要來源于（）。A.表面摩擦阻力B.形體阻力C.慣性阻力D.黏性阻力9.以下關(guān)于流化床特性的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.床層壓降基本不隨氣速變化B.顆粒與流體接觸面積大，傳熱傳質(zhì)效率高C.床層溫度均勻，適合強(qiáng)放熱反應(yīng)D.操作氣速必須小于顆粒的終端沉降速度10.某二元溶液的相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，若液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)x=0.4，則與之平衡的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)y為（）。A.0.4B.0.5C.0.6D.0.7二、填空題（每空1分，共20分）1.流體在圓管中流動(dòng)時(shí)，若雷諾數(shù)Re≤______，流動(dòng)形態(tài)為層流；當(dāng)Re≥______時(shí)，流動(dòng)形態(tài)為湍流。2.離心泵的主要性能參數(shù)包括流量、揚(yáng)程、______、______和轉(zhuǎn)速。3.傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______，其中比例系數(shù)λ稱為______。4.精餾操作的依據(jù)是______，實(shí)現(xiàn)精餾的必要條件是______和______。5.對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，其動(dòng)力學(xué)方程的積分形式為______；若初始濃度為c??，反應(yīng)時(shí)間t后的濃度為c?，則轉(zhuǎn)化率x?=______。6.吸收過程的傳質(zhì)速率方程可表示為N?=K_G（p?-p?），其中K_G稱為______，其單位為______。7.間壁式換熱器的總傳熱系數(shù)K的倒數(shù)等于各層熱阻之和，即1/K=______+______+______（假設(shè)管壁熱阻可忽略）。8.顆粒在流體中沉降時(shí)，當(dāng)重力、浮力和______達(dá)到平衡時(shí)，顆粒的沉降速度稱為______。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述層流與湍流的主要區(qū)別，并舉出工業(yè)中利用湍流強(qiáng)化傳遞過程的實(shí)例。2.離心泵啟動(dòng)前為何需要灌滿液體？若啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)流量不足，可能的原因有哪些？3.比較逆流與并流換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明在何種情況下優(yōu)先選擇并流操作。4.解釋“最小回流比”的概念，并說明在精餾塔設(shè)計(jì)中如何確定最小回流比。5.簡(jiǎn)述干燥過程中“恒速干燥階段”和“降速干燥階段”的特點(diǎn)及影響因素。四、計(jì)算題（共25分）1.（8分）某水平直管輸送20℃的清水（密度ρ=998kg/m3，黏度μ=1.005×10?3Pa·s），管內(nèi)徑d=50mm，管長(zhǎng)L=100m。測(cè)得管內(nèi)流量Q=6m3/h，試計(jì)算：（1）管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re，并判斷流動(dòng)形態(tài)；（2）直管阻力損失h_f（單位：J/kg）；（3）若管內(nèi)流量增加至8m3/h，阻力損失變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?？（假設(shè)流動(dòng)處于湍流光滑區(qū)，摩擦系數(shù)λ與Re的0.2次方成反比）2.（9分）某列管式換熱器用120℃的飽和水蒸氣（汽化潛熱r=2205kJ/kg）加熱某有機(jī)液體。有機(jī)液體的流量為5000kg/h，比熱容c_p=2.5kJ/(kg·℃)，進(jìn)口溫度t?=20℃，出口溫度t?=80℃。換熱器的總傳熱系數(shù)K=300W/(m2·℃)，假設(shè)水蒸氣側(cè)的相變熱阻可忽略，管壁熱阻和污垢熱阻也可忽略，試求：（1）有機(jī)液體吸收的熱量Q（單位：kW）；（2）水蒸氣的消耗量W（單位：kg/h）；（3）換熱器的傳熱面積A（單位：m2）。3.（8分）在連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液，進(jìn)料量F=100kmol/h，進(jìn)料組成x_F=0.4（苯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），進(jìn)料為飽和液體（q=1），塔頂餾出液組成x_D=0.95，塔底釜液組成x_W=0.05，操作回流比R=2。苯-甲苯的相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，假設(shè)為理想物系，試求：（1）塔頂餾出液流量D和塔底釜液流量W；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。五、綜合分析題（15分）某化工廠采用逆流吸收塔處理含SO?的工業(yè)廢氣，吸收劑為清水。已知入塔氣體中SO?的摩爾分?jǐn)?shù)為0.05，要求吸收率為90%；操作溫度為25℃，壓力為101.3kPa，此時(shí)SO?在水中的溶解度系數(shù)H=1.2kmol/(m3·kPa)；吸收劑用量為最小用量的1.5倍，氣相總傳質(zhì)系數(shù)K_Ga=0.02kmol/(m3·s·kPa)，塔截面積Ω=2m2。試分析以下問題：（1）計(jì)算入塔和出塔氣體中SO?的摩爾比Y?、Y?；（2）計(jì)算最小液氣比（L/V）_min；（3）若實(shí)際液氣比（L/V）=1.5（L/V）_min，計(jì)算所需的填料層高度Z（提示：傳質(zhì)單元高度H_OG=V/(K_GaΩ)，傳質(zhì)單元數(shù)N_OG=∫(Y?→Y?)dY/(Y-Y)）。---化工基礎(chǔ)考試試題答案一、單項(xiàng)選擇題1.B（層流時(shí)平均流速為管中心流速的1/2）2.D（離心泵銘牌揚(yáng)程為效率最高時(shí)的揚(yáng)程）3.C（黏度增大，流體內(nèi)部摩擦增強(qiáng)，對(duì)流傳熱系數(shù)減?。?.C（q=1時(shí)，q線為垂直線，斜率無窮大）5.C（一級(jí)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系，延長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)化率增幅減?。?.D（m越小，平衡分壓p=mx越小，推動(dòng)力p-p越大，利于吸收）7.B（逆流平均溫差最大）8.B（Re_p=150屬于過渡區(qū)，形體阻力為主）9.A（流化床壓降隨氣速增大先增大后趨于穩(wěn)定）10.C（y=αx/(1+(α-1)x)=2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=0.6）二、填空題1.2000；40002.功率；效率3.q=-λ(dT/dy)；導(dǎo)熱系數(shù)4.組分間揮發(fā)度差異；塔頂液相回流；塔底氣相回流5.ln(c??/c?)=kt；1-c?/c??6.氣相總傳質(zhì)系數(shù)；kmol/(m2·s·kPa)7.1/α?；垢阻R?；1/α?（或冷流體側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)倒數(shù)、污垢熱阻、熱流體側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)倒數(shù)）8.阻力；終端沉降速度三、簡(jiǎn)答題1.區(qū)別：層流時(shí)流體分層流動(dòng)，無徑向混合，速度分布為拋物線；湍流時(shí)流體劇烈混合，速度分布較平坦，存在脈動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)例：工業(yè)換熱器中通過增加流速使流體呈湍流，提高對(duì)流傳熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱。2.原因：離心泵依賴葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力輸送流體，若未灌滿液體，泵內(nèi)存在空氣，密度遠(yuǎn)小于液體，無法形成足夠的離心力（氣縛現(xiàn)象）。流量不足原因：管路堵塞、葉輪磨損、轉(zhuǎn)速不足、吸入高度過高導(dǎo)致氣蝕、密封泄漏等。3.逆流優(yōu)點(diǎn)：平均溫差大，傳熱效率高，相同傳熱量下所需面積??；缺點(diǎn)：冷流體出口溫度可高于熱流體出口溫度，可能不符合工藝要求。并流優(yōu)點(diǎn)：冷流體出口溫度不超過熱流體出口溫度，適合對(duì)出口溫度有限制的場(chǎng)景（如熱敏性物料加熱）；缺點(diǎn)：平均溫差小，需更大傳熱面積。優(yōu)先并流情況：需控制冷流體出口溫度不超過某值時(shí)（如食品加工中的低溫殺菌）。4.最小回流比：精餾操作中，若回流比減小至某臨界值，理論板數(shù)趨于無窮大，此時(shí)的回流比為最小回流比R_min。確定方法：對(duì)于理想物系，R_min=(x_D-y_q)/(y_q-x_q)，其中(x_q,y_q)為q線與平衡線的交點(diǎn)。若進(jìn)料為飽和液體（q=1），x_q=x_F，y_q=αx_F/(1+(α-1)x_F)，代入計(jì)算即可。5.恒速干燥階段：物料表面被自由水覆蓋，干燥速率由表面汽化控制，速率恒定；影響因素為空氣的溫度、濕度、流速及物料與空氣的接觸面積。降速干燥階段：物料內(nèi)部水分遷移速率小于表面汽化速率，干燥速率下降；影響因素為物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如孔隙率、毛細(xì)管分布）及水分與物料的結(jié)合力（如吸附水、結(jié)合水）。四、計(jì)算題1.（1）流量Q=6/3600=0.001667m3/s，流速u=Q/(πd2/4)=0.001667/(0.785×0.052)=0.849m/s。Re=duρ/μ=0.05×0.849×998/(1.005×10?3)=42100（>4000，湍流）。（2）湍流光滑區(qū)λ=0.3164/Re^0.25=0.3164/(42100^0.25)=0.3164/14.3≈0.0221。直管阻力h_f=λ(L/d)(u2/2)=0.0221×(100/0.05)×(0.8492/2)=0.0221×2000×0.36=15.91J/kg。（3）流量增加至8m3/h，u’=8/6×0.849=1.132m/s，Re’=8/6×42100=56133，λ’=0.3164/(56133^0.25)=0.3164/15.2≈0.0208。h_f’=λ’(L/d)(u’2/2)=0.0208×2000×(1.1322/2)=0.0208×2000×0.64=26.62J/kg。h_f’/h_f≈26.62/15.91≈1.67（或用比例法：h_f∝u^1.75，u’/u=4/3，故倍數(shù)=(4/3)^1.75≈1.67）。2.（1）有機(jī)液體吸熱量Q=q_mc_p(t?-t?)=5000×2.5×(80-20)=750000kJ/h=208.33kW。（2）水蒸氣消耗量W=Q/r=750000/2205≈340.1kg/h。（3）逆流時(shí)，ΔT?=120-80=40℃，ΔT?=120-20=100℃，平均溫差ΔT_m=(ΔT?-ΔT?)/ln(ΔT?/ΔT?)=(40-100)/ln(40/100)=(-60)/(-0.916)=65.5℃。傳熱面積A=Q/(KΔT_m)=208333W/(300×65.5)=208333/19650≈10.6m2。3.（1）物料衡算：F=D+W；Fx_F=Dx_D+Wx_W。代入數(shù)據(jù)：100=D+W；100×0.4=0.95D+0.05W。解得：D=40kmol/h，W=60kmol/h。（2）精餾段操作線方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=(2/3)x+0.95/3≈0.6667x+0.3167。（3）提餾段操作線方程：L’=L+qF=RD+F=2×40+100=180kmol/h，V’=V=(R+1)D=3×40=120kmol/h。方程：y=(L’/V’)x-(Wx_W)/V’=(180/120)x-(60×0.05)/120=1.5x-0.025。五、綜合分析題（1）入塔氣體Y?=y?/(1-y?)=0.05/(1-0.05)=0.0526kmol(SO?)/kmol(惰性氣體)；吸收率η=90%，則Y?=Y?(1-η)=0.0526×0.1=0.00526kmol(SO?)/kmol(惰性氣體)。（2）相平衡關(guān)系：p=c/H，而c≈Lx（稀溶液），故y=p/P=(Lx)/(HP)，即Y≈y≈(L/(HPV))X（X=x/(1-x)≈x）。最小液氣比時(shí)，操作線與平衡線在塔底（Y?,X?）處相切，此時(shí)X?=Y?/(HP)=0.0526/(1.2×101.3)=0.000433kmol(SO?)/kmol(水)。(L/V)_min=(Y?-Y?)/(X?-X?)=(0.0526-0.00526)/(0.000433-0)=109.3。（3）實(shí)際液氣比L/V=1.5×109.3=164。傳質(zhì)單元高度H_OG=V/(K_GaΩ)，但題目未給V，需假設(shè)V為惰性氣體流量（單位kmol/s）。設(shè)V=1kmol/s（不影響結(jié)果比例），則H_OG=1/(0.02×2)=25m。傳質(zhì)單元數(shù)N_OG=∫(Y?→Y?)dY/(Y-Y)，其中Y=mX，m=1/(HP)=1/(1.2×101.3)=0.00823（m=Y/X）。操作線方程：Y=(L/V)X+Y?-(L/V)X?（X?=0），故X=(Y-Y?)/(L/V)。Y=mX=m(Y-Y?)/(L/V)=(mV/L)(Y-Y?)。代入